工程流体力学 课堂例题

12 学时
10 学时
6 学时
6 学时
8 学时
8
※ 四、教材及主要参考资料 1．工程流体力学，袁恩熙主编，石油工业出版社，1986； 2．工程流体力学，贺礼清主编，石油大学出版社，2001； 3．工程流体力学，闻德荪主编，高等教育出版社，1996； 4．流体力学，郑洽馀、鲁钟琪主编，机械工业出版社，1980； 5．工程流体力学学习指导书，倪玲英、王汝元主编，校内印刷，1996。 中国石油大学（华东）
《工程流体力学》
※<内容提要>
（一）流体的基本概念和物理性质 1．流体的概念 2．连续介质假设 3．流体的物理性质 4．作用在流体上的力 5．常用单位制简介 （二）流体静力学 1．流体静压强及其特性 2．流体平衡微分方程式 3．流体静力学基本方程及其应用 4．相对平衡 5．流体作用在平面上的总压力 6．流体作用在曲面上的总压力 7．浮体与潜体的稳定性 （三）流体运动与动力学基础 1．研究流体运动的两种方法 2．流体运动的基本概念 3．连续性方程 4．欧拉运动微分方程 5．伯努利方程及其应用 6．拉格朗日方程及其意义 7．稳定流动量方程及应用 （四）液流阻力与水头损失 1．液流阻力产生的原因及分类 2．流体的两种流动状态 3．相似原理和因次分析 4．圆管层流流动 5．圆管紊流流动 6．紊流沿程水头损失的分析及计算 7．局部水头损失分析及计算 （五）压力管路的水力计算 1．简单长管的水力计算 2．复杂管路的水力计算 3．孔口与管嘴泄流 4．水击现象及水击压力的计算 5．习题课 （六）非牛顿流体运动基础 1．非牛顿流体及其流变方程 2．非牛顿流体运动的研究方法
4 学时
8 学时
2．流体平衡微分方程式 等压面 3．流体静力学基本方程及其应用 4．多种质量力下的相对平衡 5．静止流体作用在平面和曲面上的总压力 6．静止流体中的浮力 Archimedes 原理 （三）流体运动与动力学基础 1．研究流体运动的两种方法 2．流体运动的基本概念 3．连续性方程 4．欧拉运动微分方程 5．伯努利方程及其应用 6．泵与系统能量的增加 7．稳定流动量方程 （四）液流阻力与水头损失 1．液流阻力产生的原因及分类 2．流体的两种流态 3．实际流体运动微分方程 4．相似原理和因次分析 5．圆管层流流动 5．圆管内的湍流流动 6．湍流沿程水头损失的分析及计算 7．圆管沿程水头损失的实验分析 8．局部水头损失分析 （五）压力管路的水力计算 1．简单长管的水力计算 2．复杂管路的水力计算 3．短管的水力计算 4．孔口与管嘴泄流 （六）一元非定常流动 1．一元非定常流动基本方程 2．水击现象 3．水击压强的计算 4．变水头泄流时间的计算 （七）气体动力学基础 1．可压缩流体一元定常流动基本方程 2．滞止参数、声速与 Mach 数 3．微小扰动在气流中的传播 4．Laval 喷管与收缩喷管 （八） 实验课 学时 1．水静压强实验 2．流量计实验 3．流态实验 4．沿程阻力实验
【重点掌握】 1、 连续性方程； 2、 实际流体总流的伯诺利方程（能量方程） ，泵对液 流能量的增加； 3、 稳定流动量方程的应用。 三、实验 【必做】 1、孔板流量计实验。 【选做】 1、 能量方程实验； 2、 动量定律实验。 【演示】 1、烟风流线演示实验。 四、思考与练习 1、拉格朗日法和欧拉法在分析流体运动上有什么区 别？为什么常用欧拉法？ 2、欧拉法中流体的加速度如何表示？ 3、何谓稳定流动和不稳定流动？试举例说明其区别。 4、何谓流线？流线有什么特点？流线与迹线有什么 不同？方程？ 5、引入断面平均流速有什么好处？它和实际流速有 什么关系？ 6、 体积流量、 质量流量和重量流量之间的关系如何？ 公式及单位？ 7、连续性方程的物理意义如何？ 8、欧拉运动微分方程式的物理意义如何？适用于什 么情况？ 9、流束和总流的伯诺利方程式有何区别？其适用条 件如何？各项的物理意义又如何？ 10、什么是缓变流断面，其特征、水力特征？ 11、动能修正系数的物理意义？其值有何特点？ 12、常用的节流式流量计有哪些？其基本原理如何？ 流量计算公式？ 13、何谓驻压强、总压强？测速管的基本原理如何？ 14、水头线的画法？何谓水力坡降？ 15、何谓泵的扬程？泵的功率？ 16、何谓液流的动量方程？它可以解决哪些问题？ 第四章 流体阻力和 水头损失 （ 共 16 学 时， 课堂教学 12 学时， 一、核心知识点 形成阻力的原因，阻力分类及两种流态，实际流体的 运动，实际流体运动微分方程式，因次分析方法、相 似原理，水头损失的计算方法。 二、教学基本要求 【了解】 P141 第四章 习题 4-1 4-6 4-7 4-9
※ 二、基本要求 本课程要求学生具备较好的数学和力学基础，并掌握相关的物理定律。预修 课程为：高等数学、大学物理、工程力学等。本课程需要适当联系专业，以分析 流动现象，讲明理论为主，不过分强调专业而削弱基本理论的讲授。 ※ 三、教学内容与学时分配建 绪论 2 学时 1．流体的概念 2．流体作为连续介质的假设 (一) 流体的主要物理性质 1．流体的密度、压缩性与膨胀性 2．流体的粘性 3．作用在流体上的力 (二) 流体静力学 1．流体静压强及其特性
3．塑性流体的流动规律 4．幂律流体的流动规律 5．判别非牛顿流体流动的 Z 值方法 6．非牛顿流体的物理参数测定
《工程流体力学》教学大纲
英文名称：Engineering Fluid Mechanics
※ 一、课程目标
本课程是油气储运专业的一门重要技术基础课， 它的任务是通过各种教学环节， 使学生掌握 流体平衡和运动的一般规律及其相关的基本概念、 基本理论、 基本计算方法和基本实验技能， 培养学生应用基本理论和方法来分析和解决实际问题的能力， 为后续专业知识的学习、 从事 专业工作和科学研究打下理论基础。
*选 做
实验 4 学时） 1、N-S 方程及各项含义； 2、紊流理论。 【掌握】 1、 阻力产生的原因及分类； 2、 层流和紊流及转化标准（雷诺数） ； 3、 因次齐次性原理及因次分析方法（π 定理） ； 4、 相似原理，牛顿数及三个相似准数； 5、 圆管层流分析结果； 6、 水力光滑管与水力粗糙管。 【重点掌握】 1、 沿程摩阻系数的计算方法； 2、 局部水头损失的计算公式； 3、 水头损失的计算方法； 4、 综合水力计算问题。 三、实验 【必做】 1、 流动状态实验； 2、 沿程水头损失实验。 【演示】 1、 层流流线演示实验； 2、 雷诺演示实验。 四、思考与练习 1、流动阻力产生的原因及分类。 2、湿周，水力半径，当量直径？ 3、绝对粗糙度、平均粗糙度和相对粗糙度的概念？ 4、两种流态各有何特点？如何判断流态？ 5、N－S 方程的物理意义是什么？ 6、何谓相似原理？动力学相似包括 、 和 。 7、常用的相似准数有哪些？公式和物理意义？ 8、圆管层流速度分布公式、沿程水头损失的计算公 式及其他相关公式。 9、水力光滑和水力粗糙如何划分？ 10、怎样进行阻力实验来确定沿程水力摩阻系数λ 和 局部阻力系数ξ 值？ 11、试总结计算水头损失的方法和步骤。 第五章 压力管路的 水力计算 （ 共 10 学 时， 课堂教学 10 学时） 一、核心知识点 长管水力计算，短管水力计算，串并联管路和分支管 路，孔口和管嘴出流，水击现象。 二、教学基本要求 【了解】 1、 管路特性曲线； 2、 第二类、第三类长管问题的水力计算； 3、 水击过程分析；
第一章 习题 1-5 1-9
第二章 流体静力学 （ 共 12 学 时， 课堂教学 10 学时， 实验 2 学时）
P38 第二章 习题 2-1 2-10 2-14 *2-15 2-16 2-19 2-21 2-22 2-25
*选 做
【重点掌握】 1、 静力学基本方程及其应用（液式测压计）； 2、 各种压强的表示方法； 3、 平面总压力的计算； 4、 曲面总压力的计算。 三、实验 【必做】 1、水静压强实验。 【演示】 1、 平面静水总压力演示实验； 2、 液体相对平衡演示实验。 四、思考与练习 1、流体静压力有哪些特性？如何证明？ 2、试述流体平衡微分方程式的推导步骤，其物理意 义和适用范围是什么？ 3、等压面定义、方程及性质。 4、等压面及其特性如何？ 5、静力学基本方程式的两个形式、几何意义和物理 意义，使用条件；压强分布图的画法。 6、绝对压力、表压和真空度的意义及其间的相互关 系如何？ 7、液式测压计的水力学原理是什么？工作液的选择 和量程范围及精度有什么关系？ 8、何谓相对静止流体？分析的方法如何？单位质量 力的分析，自由液面、等压面的确定。 第三章 流体运动学 与动力学基 础 （ 共 16 学 时， 课堂教学 14 学时， 实验 2 学时） 一、核心知识点 基本概念，欧拉运动微分方程，连续性方程（质量守 恒） ， 伯努利方程 （能量守恒） ， 动量方程 （动量守恒） ， 方程的应用。 二、教学基本要求 【了解】 1、 拉格朗日法。 【掌握】 1、 欧拉法及其加速度表达式； 2、 流体运动的概念； 3、 理想流体运动微分方程（欧拉方程） ； 4、 缓变流断面及其特性； 5、 动能修正系数及其物理意义； 6、 节流式流量计基本原理及流量计算公式； 7、 驻压强及测速管原理； 8、 流动吸力的基本原理； 9、 水头线与水力坡降； 10、 泵的扬程及功率。 P82 第三章 习题 3-1 3-2 3-7 3-8 3-10 3-11 3-12 3-15 3-19 3-20 3-21
学习建议
章
节
绪论 （共 1 学时， 课堂教学 1 学时）
无
第一章
P11
Байду номын сангаас
流体及其主 要物理性质 （共 3 学时， 课堂教学 3 学时）
流体的概念，流体的主要物理性质，作用在流体上的 力。 二、教学基本要求 【了解】 1、 流体的概念和特性； 2、 表面张力。 【掌握】 1、 连续介质假设； 2、 密度ρ ，重度γ ，相对密度（比重） ； 3、 膨胀性β ，压缩性β ； 4、 表面力，质量力。 【重点掌握】 1、 粘性； 2、 牛顿内摩擦定律。 三、实验 【演示】 1、流体粘滞性演示实验。 四、思考与练习 1、液体与气体有哪些不同性质？ 2、连续介质假设的内容、引入的目的意义。 3、密度、重度、相对密度的定义及它们之间的关系。 4、流体的压缩性和膨胀性如何去度量？温度和压力 对它们怎样影响？ 5、流体的粘性？温度对液体和气体粘性的影响，原 因何在？ 6、作用在流体上的力，包括 和 ？在 何种情况下有惯性力？何种情况下没有摩擦力？ 7、牛顿内摩擦定律的内容、数学表达式、适用条件。 8、理想流体与实际流体的差别。 一、核心知识点 证明流体力学定理的方法（微元分析法），流体平衡 微分方程式，静力学基本方程式，等压面方程（测压 计） ，作用于平面和曲面上的力。 二、教学基本要求 【了解】 1、 势函数； 2、 巴斯加定律； 3、 物体在液体中的潜浮原理。 【掌握】 1、 流体静压力的概念及其两个特性； 2、 流体平衡微分方程及其积分式； 3、 等压面及其方程、性质； 4、 几种质量力作用下的流体平衡（相对平衡问题）。
《工程流体力学》课程教学（自学）基本要求
适用层次：本科 总 学 时：64 学 分：4 使用教材：工程流体力学编 者：袁恩熙 参考资料：工程流体力学学习指导书及配套习题集 适应专业：工科各专业 实验学时：8 出 版 社：石油工业出版社
课程简介
本课程是研究流体的运动和平衡规律以及流体和固体之间相互作用的一 门科学，本课程的任务是系统介绍流体的力学性质、流体力学的基本概 念和观点、基础理论和常用分析方法、有关的工程应用知识等；培养学 生具有对简单流体力学问题的分析和求解能力，掌握一定的实验技能， 为今后学习专业课程，从事相关的工程技术和科学研究工作打下坚实基 础。 本课程要求学生具备较好的数学、物理和力学基础。需先修高等数学、 大学物理学、理论力学等课程。学习过程中要侧重于流体力学分析问题、 解决问题的方法，同时还应注意结合实验和工程实际问题，认真做好听 课、复习、作业等环节内容。全面培养解决实际问题的能力。 主要内容 一、核心知识点 流体力学的研究对象、任务和方法，流体力学的发展 简况。 二、教学基本要求 【了解】 1、流体力学的发展简况； 2、流体力学在石油工业中的地位和作用。 【掌握】 1、工程流体力学的研究对象、任务和方法。 【重点掌握】 无 三、实验 无 四、思考与练习 无 一、核心知识点 上交作业 备 注